BAB III KERANGKA TEORITIS
3.1 Umum
Batang tekan compression member adalah elemen struktur yang mendukung gaya tekan aksial.
Batang – batang lurus yang mengalami tekanan akibat bekerjanya gaya – gaya aksial dikenal dengan sebutan kolom. Kolom – kolom yang pendek
ukurannya, kekuatannya ditentukan berdasarkan kekuatan leleh dari bahannya. Untuk kolom – kolom yang panjang kekuatannya ditentukan faktor tekuk
elastis yang terjadi, sedangkan untuk kolom – kolom yang ukurannya sedang, kekuatannya ditentukan oleh faktor tekuk plastis yang terjadi.
Sebuah kolom yang sempurna yaitu, bebas dari tegangan – tegangan sampingan, dibebani pada pusatnya serta mempunyai bentuk yang lurus, akan mengalami
perpendekan yang seragam akibat terjadinya regangan tekan yang seragam pada penampangnya.
Jika bahan yang bekerja pada kolom ditambah besarnya secara berangsur – angsur, maka akan mengakibatkan kolom mengalami lenturan lateral dan
kemudian mengalami keruntuhan akibat terjadinya lenturan tersebut. Namun, bila pembebanan disusun sedemikian rupa sehingga perlawanan rotasional ujung dapat
diabaikan ataupun pembebanannya dikenakan secara simetrik dari batang – batang yang terangkai pada ujung kolom, dan lentur dapat diabaikan bila dibandingkan
dengan gaya tekan langsungnya, batang tersebut dapat secara aman didesain sebagai kolom yang dibebani secara konsentrik.
Dari mekanika bahan dasar diketahui bahwa hanya kolom yang sangat pendek saja yang dapat dibebani sampai ketegangan lelehnya; situasi yang umum,
yakni tekukan buckling atau lenturan tiba – tiba akibat ketidakstabilan, terjadi sebelum tercapainya kekuatan penuh material batang yang bersangkutan.
3.2 Panjang Efektif
Sejauh ini, pembahasan mengenai kekuatan kolom mengasumikan sendi dimana tidak ada kekangan rotasional momen. Kekangan momen nol pada ujung
merupakan situasi paling lemah untuk batang tekan yang salah satu ujungnya tidak dapat bergerak transversal relatif terhadap ujung lainnya. Untuk kolom
berujung sendi semacam ini, panjang ekivalen ujung sendi kL merupakan panjang L sebenarnya; dengan demikian k = 1,0 seperti pada gambar 3.1. Panjang L
ekivalen berujung sendi disebut sebagai panjang efektif. Untuk kebanyakan situasi nyata, kekangan momen pada ujung – ujung
yang ditahan seperti pada gambar 3.1 dimana panjang efektif tereduksi. Dalam banyak situasi, sangat sulit, atau bahkan tidak mungkin, untuk
menilai secara tepat derajat kekekangan momen yang disumbangkan oleh batang – batang berdekatan yang mengikat ke kolom, oleh pondasi setempat dan lapisan
tanah dibawahnya dan interaksi penuh semua batang dalam struktur rangka baja. Baik apakah derajat ujung dapat ditentukan dengan tepat atau tidak,
desainer harus memahami konsep tentang braced frame goyangan dicegah dengan sabuk penyokong dan unbraced frame tanpa sabuk penyokong, goyangan
tak dicegah.
P
P kL = L
L kL = 12 L
L P
P
P P
kL = 0.7 L
a. Rotasi ujung tidak ditahan b. Rotasi ujung ditahan penuh
c. Salah satu ujung ditahan, yang lain bebas
Gambar 3.1 Panjang efektif kolom ideal
Sumber : Charles G. Salmon, John E. Johnson, Gramedia, 1992
3.2.1 Braced Frame
Braced frame adalah rangka dimana “stabilitas lateralnya diberikan oleh sabuk sokongan diagonal, dinding geser atau sejenisnya”. Sistem sabukan vertikal
dari struktur harus mencukupi, sebagaimana ditentukan oleh analisis struktur, untuk mencegah tekuk dari struktur dan menjaga stabilitas lateral struktur itu,
termasuk pengaruh momen sekunder dari goyangan drift, dalam kondisi beban berfaktor. Perhatikan bahwa kolom vertikal pada suatu rangka tak bergoyang
braced frame tidak akan mengalami pergoyangan titik ujung atasnya relatif terhadap titik ujung bawah. Gambar 3.2 melukiskan panjang efektif kolom pada
sebuah braced frame.
P P
L 0.7L
kL 0.7L
P P
L 0.5L
kL 0.7L
a. Braced Frame dengan tumpuan sendi b. Braced Frame dengan tumpuan jepit
Gambar 3.2 Panjang efektif kL, untuk struktur rangka Braced Frame
Sumber : Charles G. Salmon, John E. Johnson, Gramedia, 1992
Bila telah ditentukan sebelumnya bahwa rangka diberi sabuk, sabukan tersebut dianggap dapat memberikan kekangan lateral yang dibutuhkan, seperti
pada gambar 3.2 karenanya, titik simpul diasumsikan tidak dapat bergerak secara lateral paling tidak pada analisis striktur tingkat pertama dan setiap kolom dapat
didesain seolah – olah berupa kolom tunggal setelah faktor panjang efektif k ditentukan.
Dari gambar 3.2, dapat diamati bahwa kekangan ujung pada rangka tak bergoyang braced frame selalu mereduksi jarak antara titik balik infection
point, yakni mereduksi panjang efektif kL dari kondisi ujung sendi.
3.2.2 Unbraced Frame
Unbraced frame adalah struktur rangka dimana “stabilitas lateralnya tergantung pada kekakuan lentur balok dan kolom yang disambung dengan rigid”.
Tekuk pada unbraced frame merupakan salah satu goyangan dimana, misalnya, puncak kolom berdiri kesamping relatif terhadap landasannya. Pada gambar 3.3,
P P
L L
P P
L kL 2L kL 2
a. Unbraced Frame dengan tumpuan sendi b. Unbraced Frame dengan tumpuan jepit
suatu unbraced frame
diperlihatkan
memiliki tekuk goyangan. Bentuk yang dapat mengalami tekuk, dan dari sebab itu kini menjadi panjang fektif kolom, akan
tergantung pada kekakuan batang – batang yang ikuit menahan lentur. Panjang efektif kL dapat diperoleh dengan mencocokkan bentuk tekuk kolom dengan
bentuk tekukan kolom berujung sendi. Seperti terlihat pada gambar 3.3, kL akan selalu melebihi L.
Gambar 3.3 Panjang efektif kL, untuk struktur rangka Unbraced Frame
Sumber : Charles G. Salmon, John E. Johnson, Gramedia, 1992
Untuk memahami mengapa harga minimum k pada unbraced frame secara teoritik adalah 1.0, perhatikan struktur rangka pada gambar 3.3. situasi paling
kaku akan terjadi bila balok tersebut sangat kaku, yakni tidak dapat melentur. Maka titik baliknya akan berada pada pertengahan tinggi dan bentu tekukan akan
seperti gambar 3.3. Situasi praktis pada unbraced frame adalah bahwa k selalu lebih besar dari
satu. Disamping itu, tidak ada cara yang sederhana untuk mendapatkan suatu harga selain dengan mengevaluasi kekangan ujungnya.
P P
L L
L P
P
2L kL 2L
P
a. Reaksi ujung yang sepenuhnya tertahan
b. Reaksi salah satu ujung yang tertahan, sedang ujung lainnya bebas
b. Reaksi salah satu ujung yang tertahan sebagian, sedang ujung lainnya bebas
3.2.3. Evaluasi Faktor Panjang Efektif k
Untuk desain pada umumnya, adalah sangat praktis menganalisis keseluruhan rangka hanya untuk menentukan kekuatan tekuk dan panjang efektif
batang – batangnya. Berbagai peneliti telah membuat faktor panjang efektif k untuk
mempermudah penentuan beban tekuk dan ujung panjang efektif pada situasi – situasi yang sering dijumpai.
Untuk braced frame, harga faktor k sebesar saet sudah cukup konservatif, dan masih dapat dilakukan interpolasi dari tabel 3.1.
Gambar 3.4 Panjang efektif kL, untuk struktur rangka Unbraced Frame
Sumber : Charles G. Salmon, John E. Johnson, Gramedia, 1992
Bentuk tekukan pada kolom
diperlihatkan pada garis putus - putus
Nilai k Teoritis Nilai rencana yang
dianjurkan untuk kondisi yang
sesuai 1.0
0.5 0.7
1.0 2.0
2.0
1.0 0.65
0.8 1.2
2.1 2.0
Tanpa rotasi dan Translasi
Rotasi bebas dan tanpa Translasi
Translasi bebas dan Tanpa rotasi
Rotasi dan Translasi bebas Kondisi ujung -
ujung kolom
Tabel. 3.1 Faktor panjang efektif k untuk kolom yang mendapat pembebanan terpusat dengan berbagai kondisi yang ideal.
Sumber : Charles G. Salmon, John E. Johnson, Gramedia, 1992
Batang tulangan Konvensional
Profil Baja Beton
Gambar 3.5 Penampang Kolom Komposit
Sumber : Charles G. Salmon, John E. Johnson, Gramedia, 1992
3.3. Kolom Komposit
Seperti pada gambar 3.5 di bawah ini, kolom komposit terdiri dari bentuk – bentuk baja tersusun atau potongan baja giling rolled dan dicor di dalam beton
struktural atau terbuat dari tabung atau pipa baja dan diisi dengan beton struktural. Contoh untuk bentuk pertama terlihat pada gambar, dimana penampang baja W
dicor di dalam beton; dengan atau tanpa tulangan longitudinal dan tulangan ini diikat dengan sengkang lateral seperti halnya pada kolom beton bertulang.
Penampang paling tidak harus 4 dari luas total penampang lintang total,
jika tidak kolom tersebut harus dirancang sebagai kolom bertulangan biasa. Gaya desak aksial diletakkan di ujung atas kolom, dan tidak melihat apakah kolom itu
direncanakan untuk sebagai penyangga. Ujung dasar kolom terletak di atas suatu permukaan yang sanggup memberi gaya dukung dari baja dan beton dalam kolom
komposit. Karena ujung dasar tiang disangga, baja dan beton membuat kolom komposit saling menahan beban desak aksial.
Pipa baja atau pipa beton adalah jenis kolom komposit yang paling efisien. Parameter baja memberi kekakuan dan kekangan terhadap teras lubang, yang
menahan desak dan mencegah tekuk pada lapisan baja. Lubang beton kekangan
triaxially, di dalam beberapa kasus, sanggup menahan kuat desak lebih dari f
c
, yang lamanya 28 hari kuat desak selinder beton. Jenis kolom komposit ini
mempunyai ketahanan. Dan keliatan yang dibutuhkan untuk bangunan – bangunan tahan gempa.
Bila bentuk baja konstruksi dilapisi dengan beton lihat gambar 3.5, batang baja tulangan bujur ditempatkan dalam setiap sudut beton yang dilapisi.
Batang tarik lateral dikenakan disekeliling batang baja bujur pada jarak yang cukup dekat di sepanjang bagian konstruksi. Bentuk batang tarik ini untuk
menstabilkan batang baja bujur selama pembangunan, dan mencegah kelengkungan pada sebelah luar batang baja bujur apabila suatu beban kuat desak
diletakkan di atas beton yang sudah dirawat. Sebelum kolom komposit gagal, beton tulangan yang melapisi potongan baja dapat mencegah kelengkungan lokal
dari elemen – elemen desak dalam potongan baja. Jumlah minimum yang pantas dari tulangan balok dan baja bujur di dalam lapisan beton kira – kira sama
jumlahnya dengan batasan jumlah untuk sebuah kolom beton tulangan ikat. Ciri – ciri kolom komposit jenis ini sedikit bengkok seperti gambar 3.6.
3.4. Kolom Komposit